Pultrusion فرآیندی است كه غالباً برای تولید مواد ارزان قیمت با كیفیت مناسب و حجم تولید صنعتی متوسط به بالا به كار می رود (علی الخصوص در صنایع نظامی). در این فرآیند كسر حجمی الیاف از متوسط رو به بالاست.
این فرآیند اولین بار در سیستم الیاف شیشه (E-Glass) و رزین پلی استر به كار گرفته شد كه علت این امر سبكی، مقاومت در برابر خوردگی و رسانایی الكتریكی كم این سیستم بود. با پیشرفت در زمینه Pultrusion، امروزه علاوه بر سیستم ذكر شده از الیافی نظیر S-glass، Kevlar، كربن و رزین های اپوكسی، فنولیك و ترموپلاستیك ها نیز به عنوان سیستم كامپوزیتی استفاده می شود. استفاده از ان روش در تولید وسایل لازم در صنایع هوا فضا، حمل و نقل، لوازم ورزشی و تجهیزات پزشكی بسیار مرسوم است.
با استفاده از این فرآیند عموماً قطعات با اشكال ساده تولید می شوند به عنوان مثال:
● Rods
● Angles
● Clips
● I-beams
● Panels
● Plates
بررسی كلی فرآیند Pultrusion
فرآیند پالتروژن در حالت كلی سه مرحله دارد:
1- آماده سازی عامل تقویت كننده (Preforming Reinforcing Materials)
2- آغشته سازی الیاف با رزین (Impregnating The Preform With Resin)
3- پخت (Curing) و تولید Laminate جامد
جهت بارگذاری روی الیاف می تواند transverse,Iongitudinal و یا Off- axis می باشد. برای رسیدن به خواص و كارایی های مورد نیاز هنگام آماده سازی الیاف (مرحله اول) می توان با تكنیك هایی از قبیل به كارگیری مخلوط هیبریدی از الیاف و روش هایی از قبیل In- line weaving و filament winding تولید كرد.از موارد حائز اهمیت در ضمن این فرآیند كنترل پروفایل های دما و فشار جهت پخت مناسب رزین است. پروفایل دما به وسیله المنتهای گرمایشی كه در طول قالب قرار دارد كنترل می شود. توجه به كنترل دما و فشار از مهمترین عوامل در فرآیند Pultrusion است كه روی فاكتورهایی چون Pulling Force و در نهایت بر روی خواص نهایی محصول اثر گذار است.
الیاف از روی میله قرقره ها به درون حمام رزین (جهت آغشته شدن) كشیده می شوند و سپس از قالبی گرم عبور میكنند. قالب آغشته شدن الیاف را كامل كرده، مقدار رزین و پخت مواد در شكل نهاییشان را نیز همانگونه كه از درون قالب عبور می كنند، كنترل می كند. قطعات طولی پخت شده به طور اتوماتیك به اندازه مشخص بریده می شوند. انواع پارچه نیز ممكن است در این روش، برای فراهم آوردن جهت های دیگر الیاف به غیر از صفر درجه، مصرف شوند. اگر چه كشش رانی فرآیندی پیوسته برای تولید قطعات طولی با سطح مقطع ثابت می باشد، شكل دیگر شناخته شده به صورت شكل دهی كششی است كه اجازه بعضی تغییرات تعریف شده برای سطح مقطع را می دهد. در این فرآیند مواد از درون قالب برای آغشته شدن كشیده می شوند و سپس آنها را در درون قالب برای پخت مجتمع می كنند. چنین وضعی شرایط فرآیند غیر پیوسته را فراهم میاورد كه البته همراه با تغییرات كوچك در سطح مقطع می باشد. در این فرآیند از رزینهای نظیر: اپوكسی ها، پلی استرها، وینیل استرها و فنولیك ها استفاده می شود.
مزایای اصلی این روش عبارتند از:
● این شیوه به خاطر سرعت بالا در آغشته كردن و پخت محصولات، اقتصادی می باشد.
● درصد مصرف رزین در سازه به دقت قابل كنترل می باشد.
● به خاطر استفاده از الیاف به صورت ریسمان (ساده ترین حالت الیاف)، قیمت الیاف مصرفی در حداقل ممكنه قرار دارد.
● به جهت دستیابی به بالاترین حد درصد الیاف موجود و همچنین استفاده از الیاف طولی در تمام سازه، خواص ساختی خیلی خوبی حاصل می شود.
● فضای آغشته شدن رزین می تواند بسته باشد بنابراین انتشار مواد فرار نیز محدود می شود.
معایب اصلی: ● محدود بودن قطعات با سطح مقطع ثابت و نسبتاً ثابت
● هزینه گرمایشی قالب دستگاه زیاد است.
در بعضی مواقع Preheating جهت بهبود curing و بهتر آغشته شدن الیاف (wetting) به كار می رود. برای این منظور از روش های دیگری چون Radio Frequency) ) RF و گرمادهی القایی نیز می توان استفاده كرد. زمان گرمادهی در طی این فرآیند از طریق سرعت كشیده شدن از بین die كنترل می شود.این فرآیند از تكنیك های مختلفی برای تولید قطعات استفاده می كند. از روش تولیدی مرسوم حمام رزین (Wet-Bath) است كه البته نقصهایی دارد. از جمله كاربری آن با رزین های high performance مثل فنولیك یا اپوكسی ها بسیار مشكل است. برای حل این قبیل مسائل می توان حمام رزین را از خط تولید حذف كرد و بجای آن رزین را از درون لوله های تحت فشار بصورت پیوسته به درون قالب پمپ كرد. این تكنیك را می توان به عنوان هیبرید RTM و Pultrusion در نظر گرفت. این روش امكان مخلوط كردن رزین در ضمن فرآیند، Preheating رزین جهت كاهش ویسكوزیته، امكان استفاده از رزین های با Pot Life بسیار كوتاه و نیز بهبود فاكتورهای زیست محیطی و سلامتی را فراهم می كند.
پالتروژن رزین های ترموپلاستیك
مشكل اصلی رزین های ترموپلاستیك ویسكوزیته بالای آنها و همچنین دمای بالای آنها و همچنین دمای بالای مورد نیاز برای فرآیند می باشد. به عنوان مثال دمای لازم برای بعضی از رزین های ترموپلاستیك كه در صنایع هوافضا استفاده می شود، بیش از 750 درجه فارنهایت است در حالی كه برای رزین ترموست بین 250 تا 400 درجه فارنهایت است.
● همچنین ویسكوزیته مواد ترموپلاستیك در این دما بیش از 1000000cp است در حالی كه برای رزین های ترموست در حد چند صد سانتی پواز است.
● برای استفاده از رزین های ترموپلاستیك در این فرآیند از روش هایی همچون prepreg sheet استفاده می شود. استفاده از prepreg ها این ایراد را دارد كه فقط برای تبدیل به هندسه های ساده مفید هستند.
عوامل موثر در فرآیند پالتروژن● Pulling force
● Resin tempreture
● Injection pressure
● Tempreture
● Line speed
مشكل اصلی در مقاوم سازی الیاف در فرآیند پالتروژن از حركت پیوسته و ثابت Iaminate نشأت می گیرد و این كه تحت نیروهای كششی مونتاژ می شود. این مسئله در الیاف تك جهته خیلی مشكل ساز نیست بلكه برای اشكال و كاربردهای پیچیده تر اهمیت دارد كه اگر كنترل نشود Iaminate ها در درون و بیرون قالب دچار تغییر شكل پس از تولید قطعه خواهند شد.
دو مشخصه مهم از فرآیند پذیری یك محصول كامپوزیتی از طریق Pultrusion عبارتند از:
1. نیروی كشش لازم جهت حركت steady در طول سیستم (از جمله تفاوت های فرآیند Pultrusion با سایر فرآیندهای شكل دهی كامپوزیت ها در این است كه حركتی پیوسته برای الیاف وجود دارد. در حالیكه در بسیاری از فرآیندها حالت Batch و یا Semi- Continuous حاكم است.)
2. رفتار فشاری الیاف به كار رفته در Iaminate
منبع: نشریه PET (شماره چهارم)
آخرین ویرایش توسط مدیر:
